Ensayo a la compresión: Medida del desempeño real del concreto

Published on Wednesday, 23 October 2013 10:45

Written by E. Vidaud

Importante el tema de la medida del desempeño real del concreto, para generar un producto de alta calidad.

La resistencia a la com.presión del concreto (f´c) se determina me.diante la fabricación de especímenes que luego de ser curados en condiciones normalizadas, son ensayados a compresión a los 28 días de edad. Para los ensayos nor.malizados, los códigos regulan en extremo los factores influyentes, de manera tal que puedan realizar-se comparaciones efectivas entre las calidades de diferentes concre.tos. a continuación se comentan los más importantes, dejándose para el final las condiciones del ensayo, que si bien se encuentran reguladas en las normas, también tienen una apreciable incidencia en la determinación de la f´c.

Entre los diversos factores que inciden en la f´c, se aborda.rán en este escrito: la relación agua–cemento (a/c) y el grado de compactación de la mezcla; las ca.racterísticas de los materiales com.ponentes; la edad del concreto; la temperatura e higrometría del ambiente de curado; la toma de muestras y su almacenamiento, así como las condiciones del ensayo.

Relación a/c, y grado de compactación de la mezcla

Puede afirmarse que uno de los factores que más incidencia tiene en la f´c es la relación en peso entre la cantidad de agua y la de cemento. los especialistas de.fienden que para concretos bien compactos, a mayor cantidad de agua, hay mayor posibilidad de que el material se vuelva poroso, pues el concreto dispone de más agua que la que necesita para que reaccione el cemento; porosidad, que por supuesto, disminuye la resistencia del material.

El investigador Feret evidenció la importancia de la relación a/c hacia 1896, al establecer la rela.ción existente entre la resistencia a compresión (s) con el volumen absoluto de cemento (c), de agua (e), y de aire (a); a través de la constante (K) según la Expresión 1.

según este análisis, la variación de las resistencias (tomando en consideración la influencia del agua y del aire), viene dada por la curva que se muestra en la Fig. 1. se evidencia en esta curva cómo con elevadas cantidades de agua de amasado, la resistencia decre.ce, pues al evaporarse el agua sobrante de la hidratación del cemento queda un volumen ele.vado de poros que también hacen decrecer la resistencia. asimismo, si el agua es escasa, no puede compactarse adecuadamente el concreto quedando un gran volu.men de poros en su interior, lo que también disminuye la resistencia.

Cabe destacar que el método de compactación igualmente in.fluye en este caso, pues concretos vibrados difieren absolutamente de los compactados a mano, don.de estos últimos presentan mayor volumen de huecos y por tanto disminuye considerablemente la resistencia respecto a los primeros.

Lo anterior no refiere a que sea ésta la única curva que expli.que este fenómeno, pues es muy importante tomar en cuenta que igualmente incide en la resistencia el tipo de cemento empleado. En estos casos, la curva dejará de tener forma de hipérbola para acercarse a una recta, tal y como se evidencia de la gráfica de la Fig. 2. análisis del que se desprende que a mayor contenido de cemento, lógicamente se eleva la cantidad de pasta y su trabajabilidad, por lo que con una adecuada compac.tación se reducirá el volumen de poros y aumentará la resistencia.

Conviene entonces pensar que no se referiría solamente en este aspecto al contenido del cemento, sino también a algunas propie.dades de este material que de la misma manera estarían influencian.do en los niveles de resistencia. se refiere en este a caso al tipo y calidad, al grado de hidratación, a sus propiedades químicas y físicas, a la temperatura de hidratación, e incluso a las posibles fisuras que puedan aparecer como resultado del fenómeno de exudación.

La ley de Duff abrams lo atien.de por su parte cuando deja ver en la Expresión 2 las constantes empíricas K1 y K2 (dependientes de la calidad y tipo de cemento). se establece que para los mismos materiales y condiciones de en.sayo, la resistencia del concreto compactado totalmente a una edad determinada, depende sola.mente de la relación a/c utilizada en la mezcla.

Características de los materiales componentes dela mezcla

Los materiales que componen la mezcla, en general tienen que cumplir determinadas exigencias para satisfacer los requisitos de ca.lidad que debe tener el concreto. En este sentido puede afirmarse que no existe una mezcla única de concreto; más bien ésta debe.rá diseñarse en dependencia de algunas especificaciones como la resistencia exigida por proyecto, las acciones a las que va a estar sometido el elemento, y las par.ticularidades de la colocación en obra.

En primer término, los agrega.dos tienen una influencia decisiva en f´c. no debe olvidarse que su contenido oscila entre un 75 y un 80 % del volumen total del material. Factores inherentes a los agregados que deben ser vigilados son: la resistencia mecánica, el contenido de impurezas, el tipo de superficie de las partículas, la granulometría, la porosidad, y la composición mineralógica.

Un aspecto importante a vigilar en torno a los agregados es el ta.maño máximo (Tma). Podría pen.sarse que con mayores tamaños, hay menor superficie específica, lo que a su vez redunda en una disminución en la cantidad de agua necesaria para el amasado y por consiguiente en un aumento en la f´c. Por el contrario, estudios experimentales demuestran que en dependencia de la relación a/c, se presenta una influencia más o menos negativa del Tma en la resistencia del concreto; es decir, que ésta será mayor si el Tma disminuye. Este efecto se explica dado que, con un menor Tma existe una mayor superficie adhe.rente entre la pasta y el agregado, además de que la pasta puede deformarse con mayor libertad sin que se produzcan las indeseables microfisuras.

Siguiendo este análisis, puede afirmarse que en los concretos de altas resistencias es conveniente emplear agregados pequeños; del mismo modo que en concretos pobres en cemento es aconsejable utilizar agregados de mayor ta.maño. En otras palabras, pueden alcanzarse los valores máximos de resistencia con el empleo de agre.gados de mayores tamaños según disminuya el contenido de cemen.to. En la medida que el agregado es más pequeño necesita mayor cantidad de agua y también un elevado consumo de cemento. además del Tma, también el mó.dulo granulométrico del agregado compuesto tiene influencia en la f´c, cuya variación se representa en la gráfica de la Fig. 3.

Por su parte, el agua de ama.sado no debe contener sustancias perjudiciales al concreto, por encima de las establecidas en los códigos. sustancias como éstas pueden catalogarse a las materias orgánicas, las impurezas disueltas, las materias en suspensión y los residuos industriales.

Edad del concreto

La influencia de la edad del con.creto en su nivel de f´c se explica conforme pasa el tiempo. Debido a la lenta reacción del agua y el cemento, este material gana en f´c, cuyos mayores incrementos se producen en las primeras edades. Esta velocidad de endurecimiento depende a su vez de determinados factores entre los que se encuen.tran: el tipo, calidad y cantidad de cemento utilizado; la presencia de aditivos y sus características; la dosificación del concreto; la tem.peratura y presión del medio que rodea al concreto, así como las impurezas que puedan presentar los agregados.

conocer la evolución de la f´c resulta de suma importancia para poder predecir la resistencia que éste puede tener a los 28 días, respecto a la que posea a los 7 días e incluso, a menor edad. De.bido a las distintas variables que intervienen en la evolución de la f´c con la edad, se hace complejo es.tablecer alguna regla general para su predicción. Esta es la razón que sugiere que debe determinarse la relación resistencias versus tiempo, bajo determinadas condiciones ambientales y para cada concreto en particular.

En las mezclas con baja relación a/c, el concreto gana resistencia más rápidamente que en las mez.clas con mayores valores de a/c, respecto a la resistencia a los 28 días, fenómeno que se presenta debido a la mayor proximidad de los granos de cemento al hidra.tarse, cuando la relación a/c es más baja. En este caso, el gel que se forma puede crear un sistema estable con mayor rapidez.

La Fig. 4, muestra las curvas de a/c comprendidas entre 0.4 y 0.8 para un mismo cemento Portland y en las mismas condiciones de curado.

La literatura especializada refie.re que para los cementos Portland sin adiciones, puede suponerse una resistencia a los 7 días que oscila entre el 60 y el 77 % de la resistencia a los 28 días; siendo estas variaciones producidas por la distinta forma de molido de los cementos. asimismo, en el caso de los cementos con adiciones, estos valores cambian al ser éstos menos activos a corto plazo que los que no tienen adiciones. se hace necesario entonces realizarle a estos cementos la determinación en el laboratorio de las curvas de evolución de las resistencias con el tiempo para cada concreto; valores que dependerán de las caracte.rísticas del clinker, del porciento y tipo de adición incorporado, y de la relación a/c.

En general, las resistencias más interesantes son las que se realizan al concreto a los 28 días, pues son éstas las que se especifican para el cálculo estructural; no obstan.te, por razones de seguridad es conveniente en ocasiones conocer la capacidad resistente de una es.tructura a edades superiores, así como la ganancia de resistencias a esa edad respecto a la de 28 días.

Temperatura e higrometría del ambiente de curado

El aumento de la temperatura del concreto, como se conoce, es un estimulante de la reacción del cemento con el agua (hidratación). cuando el concreto se encuentra en un ambiente con altas tempe.raturas, tiene una velocidad de endurecimiento mayor. lo ante.rior es aprovechado en algunos métodos de curado en los cuales por el aumento artificial de la tem.peratura del concreto, se logran mejores resistencias del material en períodos cortos.

El tiempo de fraguado del con.creto, puede afirmarse que depen.de de la temperatura de la mezcla, tal y como lo ilustra la gráfica de la Fig. 5. Es común encontrar en la literatura especializada que por cada 11º c de aumento de tempe.ratura, se duplica la velocidad de la reacción entre el cemento y el agua.

Igualmente, la temperatura afecta la naturaleza de la estruc.tura sólida del cemento hidratado, y en particular la naturaleza del sistema poroso. En la medida que el proceso de hidratación avanza, la porosidad de la pasta tiende a disminuir. al ser acelerada la velocidad de hidratación por la temperatura, en la misma medida se acelerará la disminución de la porosidad. Esto explica el hecho de que a determinada edad, la porosidad de una mezcla a bajas temperaturas es mayor que la porosidad de otra con iguales características, curada a una tem.peratura mayor.

Por otra parte, la temperatura también afecta la distribución del tamaño de poros en la pasta de ce.mento. Elevadas temperaturas se asocian con un sistema más pobre; este efecto de la temperatura en la porosidad total y tamaño de poros (Fig. 6) suele ser de gran importan.cia por la relación que ello guarda con las resistencias mecánicas y la durabilidad.

Por lo general, el concreto re.cién terminado de mezclar tiene agua suficiente para que reaccione todo el cemento, pues para una adecuada trabajabilidad de la mezcla, se requiere mayor canti.dad de agua que la necesaria para la reacción. Transcurrido cierto tiempo y debido a las pérdidas de agua que se originan por diversas causas, puede faltar el agua para la reacción del cemento; afectán.dose entonces la f´c. Por su parte, los factores que pueden contribuir a la pérdida de agua pueden ser: elevadas temperaturas y/o bajas presiones medioambientales; ex.ceso de cemento, medioambiente seco o absorbente, presencia de aditivos, y empleo de cementos con alto calor de hidratación.

En todos los casos, con el curado se suministra la humedad necesaria al concreto para evitar o compensar la pérdida de agua que este sufre; además de que igualmente se consigue reducir el agrietamiento por retracción del material que también afecta la resistencia del concreto.

En la segunda parte se hará referencia al resto de los facto.res incidentes, entre los que se encuentran: la toma de muestras y el almacenamiento de los espe.címenes, así como las condiciones del ensayo.